Anwendungen und Leistungsfähigkeit resonanter optischer Antennen

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Ziel ist die Entwicklung einer ultrahochauflösenden optischen Mikroskopie- und Spektroskopiemethode mit Einzelmolekülempfindlichkeit basierend auf den von uns demonstrierten resonanten optischen Dipolantennen sowie die Untersuchung der grundsätzlichen Leistungsfähigkeit optischer Antennenstrukturen für die Konzentration von Licht und die Kontrolle von Licht-Materie Wechselwirkung. Resonante optische Dipolantennen konzentrieren Licht auf Volumina weit unterhalb der Beugungsgrenze (feed gap der Antenne zwischen zwei Antennenarmen, V~10x10x10 nm3, Intensitätsüberhöhung ~1000) und ermöglichen gleichzeitig hocheffiziente Emission von Licht aus solch kleinen Volumina in das Fernfeld. So kann ein einzelner Quantenemitter in Sättigung Photonen mit 1000fach erhöhter Rate emittieren, wenn er sich sehr nahe am feedgap einer resonanten Antenne befindet. Zur Implementierung antennengekoppelter optischer Mikroskopie sollen resonante Antennen auf Kraftmikroskopie- oder Glasfaserspitzen hergestellt werden, welche dann über Proben gerastert werden, die z.B. einzelne fluoreszierende Marker oder Raman-aktive Partikel enthalten. In Voruntersuchungen wurde die prinzipielle Machbarkeit dieses Ansatzes gezeigt. Die lokale Intensitätsüberhöhung einer resonanten optische Antenne nimmt dramatisch mit einem sich verengenden feed gap zu. Antennen mit kontrolliert veränderlichen feedgaps sollen mit Hilfe unterschiedlicher Strategien hergestellt werden, um Antenne mit ultraengen feedgaps zu studieren. Die dort herrschenden hohen Intensitäten sollen mit Hilfe verschiedener nichtlinearer optischer Effekte untersucht werden.